网络协议

• 网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则，标准或约定的集合，它规定了通讯时信息必须采用的格式和这些格式所代表的意义。网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息。

• TCP/IP协议是internet网络的基础协议，他不是一个协议，而是一个协议族的统称。

• TCP/IP协议族包括TCP协议，IP协议和ICMP协议和HTTP协议等。

• TCP/IP协议层次结构分成四层，从下到上分别是网络访问层，网际层，传输层，应用层。

• 物理层对应网卡，其中lo表示回环接口，eth是以太网网络适配器。linux中可以用ifconfig查看。

• MAC地址是一种标识符，标记网络中的每个设备，每个传输的数据包都会包含发送方和接收方的物理地址。

• 但是网络设备对物理地址的处理能力有限，物理地址只在当前局域网内有效。

• MAC地址是预留并且固化在硬件上的。

• 以太帧在网络层接收到数据报之后，会将数据报进行以下处理

1. 如果数据块太大，会分成小块。

2. 在数据报打包成帧，增加一些以太网网络适配器处理帧所需要的数据（头部：目的mac地址，源mac地址，这个数据报是什么类型，结尾：校验码）

3. 把帧发给物理层，物理层把数据变成流发给以太网的其它网络适配器，其它网络适配器收到这个数据之后，检查其中的目的地址是否匹配，如果匹配则发给上层。

• IP地址是互联网协议特有的一种地址，IP地址为互联网的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

• 为什么不直接使用MAC地址是因为MAC地址并不表示真正的地址信息，无法寻址。

• ip地址的基本构成部分，包括两个标识码，网络ID和主机ID。

1. 网络ID：用于识别主机所在的网络，网络ID的位数决定了可以分配的网络数量。

2. 主机ID：用于识别该网络中的主机，主机ID的位数则决定了网络中最大的主机数量。

为此，IP地址分成了三类。

A类，前八位表示网络ID，后24位表示主机id，给政府机关单位使用。

b类，前16位表示网络id，后16位表示主机id，分配给中等规模的企业使用。

C类，前24位表示网络id，后8位表示主机id，该地址分配给任何需要的人使用。

是通过网络号的头几位区分abcde三类。a：0，b：10，c：110，d：1110，e：11110.

• 子网划分是通过将ip地址的主机id区分成子网id和主机id，是为了能够更高效的进行数据传输。

• 在一个路由式网络中，源地址主机向目标地址主机发送数据时，IP协议是如何将数据成功发送到目标主机上面的呢。

  1. 同网段的情况下，如果原地址和目标地址主机在同一网段，ip地址会被ARP解析为MAC地址，然后根据MAC地址，源主机直接把数据包发给主机。

  2. 不同网段的情况下，网关（路由器）的IP地址被ARP协议解析成MAC地址，根据该MAC地址，源主机将数据包发给网关。如果网关找到了目标网段，发送过去，重复1，否则发送到上一级网关，重复2。

• ip数据报的信息内容.

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• ip数据报的最长长度是65535个字节.

• 其中有个标识是可以用来将被分片的数据重组成原来的数据报,是个计数器.

• 标志是用来说明是否允许分片.

• 生存时间是用来防止无法交付的数据报无限制地在网络中传输,从而消耗网络资源.

• 协议说明数据的内容.

• 首部校验和因为ttl等的存在,会经常变,但是数据检验和不会变.

• ARP是地址解析协议,会根据ip地址获得物理地址.

• ARP的工作流程,主机A以广播的形式向网络中的所有主机发送ARP请求,请求ip是主机b的ip,主机b收到之后,返回响应,内容是自己的mac地址.

• 为了节约网络资源,提高响应速度,每台主机都有一个ARP高速缓存,无需再发送ARP请求,从而节约了网络资源.

• 通过免费ARP包是将目标ip是自己的ip地址的包发送出去,有三个作用.

1. 为了告诉其他计算机自己的IP地址和MAC地址.

2. 检测IP冲突.

3. 更新 其他计算机的ARP缓存表.

• ICMP包是为了了解数据包在哪个环节出现了问题,可以跟踪消息,把问题反馈给源主机.ping命令就是借助ICMP传输协议的.

• traceroute可以用来检测发出数据包的主机到目标主机之间所经过的网关.通过设置探测包的TTl,跟踪数据包到达目标主机所经过的网关,监听来自网关ICMP的应答.

• 网际层提供了主机之前的逻辑通道,那数据包到达主机之后,就需要依赖传输层了,传输层提供了应用程序之间的端到端连接,作用如下:为网络应用程序提供接口,为端到端连接提供流量控制,差错控制,服务质量等管理服务.提供多路复用,多路分解机制.

• 为了区分同一台主机上面不同应用程序的数据包,传输层提供了端口和套接字.端口号用来识别应用程序.

• 套接字socket,可以区分不同应用程序间的网络通讯和连接.

• 多路复用:从源主机的不同套接字中收集数据库,并且能为每个数据块封装首部信息,从而生成报文段,然后将报文段传递到网络层中.

• 多路分解,能把传输层报文段中的数据交付到正确的套接字.

TCP协议作用:

1. 面向流的处理:TCP以流的方式处理数据.TCP可以一个字节一个字节地接收数据,而不是一次接收一个预订格式的数据块.

2. 重新排序,就算TCP数据报以错误的顺序到达目的地,也能重新排序,恢复原始数据.

3. 流量控制,TCP能确保数据传输不会超过目的计算机接收数据的能力.

4. 优先级和安全,

5. 适当的关闭.

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源端口和目的端口,序列号,确认号,标志位,

• CWR（Congestion Window Reduce）：拥塞窗口减少标志，用来表明它接收到了设置 ECE 标志的 TCP 包。并且，发送方收到消息之后，通过减小发送窗口的大小来降低发送速率。

• ECE（ECN Echo）：用来在 TCP 三次握手时表明一个 TCP 端是具备 ECN 功能的。在数据传输过程中，它也用来表明接收到的 TCP 包的 IP 头部的 ECN 被设置为 11，即网络线路拥堵。

• URG（Urgent）：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。URG=1 时表示有紧急数据。当 URG=1 时，后面的紧急指针字段才有效。

• ACK：表示前面的确认号字段是否有效。ACK=1 时表示有效。只有当 ACK=1 时，前面的确认号字段才有效。TCP 规定，连接建立后，ACK 必须为 1。

• PSH（Push）：告诉对方收到该报文段后是否立即把数据推送给上层。如果值为 1，表示应当立即把数据提交给上层，而不是缓存起来。

• RST：表示是否重置连接。如果 RST=1，说明 TCP 连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。

• SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当 SYN=1，ACK=0 时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当 SYN=1，ACK=1 时，表示对方同意建立连接。SYN=1 时，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中 SYN 才为 1。

• FIN：标记数据是否发送完毕。如果 FIN=1，表示数据已经发送完成，可以释放连接。

• 三次握手,1:ACK = 0 SYN = 1 SEQ = x ack 无效2：ACK = 1，SYN= 1 ，ack = x + 1,seq = y 3：ACK = 1，SYN = 0，syn = x + 1 ,ack = y +1

• 滑动窗口减少了等待确认应答的时间。

• 发送窗口的大小一开始是由发送方根据当前链路带宽大小决定的，之后靠接收端返回，如果接收端返回了0，那么发送方会停止发送，并在一段时间（重发超时时间）没有接收到窗口更新包，发送方会发送窗口探测包。

• 四次挥手，1：FIN=1,seq=x，2：seq= y，ACK = x + 1,3 数据传送完毕之后，FIN= 1，seq = z,ack = x + 1 ,4:ack = z + 1 seq = x + 1

• UDP协议具有以下特点，没有各种连接，不重新排序，没有确认。

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